絕緣子在線檢測系統

摘 要：絕緣子類型不同，其故障表現形式也存在差異，絕緣子常見故障包括內部裂隙、表面破損、絕緣阻抗下降、污閃等，當絕緣子串中存在不良絕緣子時，玻璃材質的絕緣子或普通釉絕緣子溫度受其影響較小，而不良半導體釉絕緣子溫度會發生較大幅度的變化。在日常維護管理中，高壓絕緣子的檢測方法選擇較多，而且絕緣子分布廣、安裝點比較特殊，故絕緣子檢測難度相對較大。然而在實際工作中，加強絕緣子的在

1 絕緣在線檢測的好處分析

絕緣狀態維修通常以電氣絕緣的在線監測及診斷為基礎，實際工作中要利用各種在線監測方法對設備的實時絕緣狀態做出準確診斷，再根據設備絕緣的工作特點、變化趨勢判斷設備的運行狀態，工對檢修計劃做出調整。具體而言，絕緣在線檢測的優勢主要體現在以下幾個方面：首先，實時性。即使電氣設備處于運行狀態，也可以通過在線檢測技術發現絕緣問題，以及時發現事故隱患，提高電網運行的穩定性與可靠性。其次，提高工作效率。在線檢測可完全取代傳統停電預防性試驗，不僅降低了試驗成本，而且減少了電氣設備的停電時間，大大提高了工作效果。最后，針對老舊設備檢測效果好。一些老舊設備通常存在已知缺陷，在線監測技術可對其進行針對性檢測，以便于及時發現問題及時排除，保證設備運行的穩定性，合理延長老舊設備的使用壽命。事實上電氣設備的壽命決定了它的運行年數，而應由其絕緣實際狀況決定其能否繼續使用，因而提出了“絕緣年齡”的概念。若絕緣壽命已盡，設備即退出運行。可以預料，狀態維修的目標和發展趨勢就是對設備絕緣。

高壓絕緣子在線檢測方法包括非接觸式與接觸式檢測法兩種，其中非接觸式檢測法顧名思義就是不接觸絕緣子對其運行狀態進行檢測，因此其主要方法包括超聲波檢測法、激光多普勒振動法、紅外測溫法、聲波檢測法、無線電波檢測法、電暈攝像機檢測法等等。當然，不同的檢測方法其原理不同，檢測的優缺點也各不相同。（1）超聲波檢測法檢測時，如果絕緣子存在裂隙，在超聲波進入或穿過絕緣子時，裂隙處的超聲波會出現反射、折射及模式變換，超聲波發射及接收裝置即可準確的檢測出開裂的絕緣子、劣質的絕緣子，當然超聲波檢測法也存在一定不足，比如針對未開裂絕緣子不起作用，且超聲波本身存在耦合、衰減的特點，需要現場逐一檢測。（2）激光多普勒振動法主要利用開裂絕緣子振動中心頻率與正常絕緣子不同的特點進行檢測，與超聲波檢測法一樣，激光多普勒振動法對未開裂絕緣子作用不大，且設備成本高、體積大，不便于攜帶；且日常維修、操作復雜，不適用于野外作業；并且檢測過程中要逐個檢測，檢測效率不高。（3）紅外測溫法的檢測原理主要是利用絕緣子表面電流引起的熱效應進行檢測，不過該檢測方法在半導體釉絕緣子檢測中的效果比較明顯，而對普通釉瓷絕緣子及玻璃絕緣子沒有明顯的檢測效果；而且紅外測溫檢測儀器設備成本高，并且受環境因素影響明顯，同樣需要逐個檢測，檢測效率低。（4）聲波檢測法主要是根據聲波信號的強弱對絕緣子質量進行檢測，利用聲波接收裝置接收不良絕緣子放電發出的聲波，最終做出判斷；相比超聲波檢測法、激光多普勒振動法及紅外測溫檢測法相比，聲波檢測法最大的優勢在于設備簡單、便于操作，不過環境背景噪聲對其影響較大，同樣需要逐個檢測，有時甚至要登桿登塔檢測，檢測效率較低。（5）無線電波檢測法主要利用電磁波的原理進行檢測，不良絕緣子放電會發出電磁波，再根據接收電磁波天線的方法、強度對絕緣子的質量做出評價。相比其它檢測方法，電磁波接收設備簡單、操作便利，不過其抗干擾能力差，靈敏度不高，同樣需要逐個檢測，工作效率不高。（6）電暈攝像法主要是根據正常絕緣子上電暈現象增強的原理進行檢測，通過電暈攝像機可以清晰的檢測以電暈放電，且陽光的輻射影響小。不過電暈攝像法無法觀察到絕緣子的內部放電，且設造成本高，同樣需要逐個檢測。

接觸式檢測法即要接觸絕緣子進行檢測，主要方法包括電壓分布法、泄漏電流檢測法及脈沖電流檢測法等。

2 絕緣子電壓分布在線檢測技術

檢測電壓分布的方法很多，早期大多采用短路叉、火花間隙或小型靜電電壓表等方法。其中短路叉及火花隙法較簡單，而且由于兩觸頭之間的電容小，對絕緣子串原有的電壓分布影響很小。但短路叉法是依靠該片絕緣子被短路時所發出的火花及放電聲來檢別，當周圍壞境噪聲高時準確度低。火花間隙法用一可調的放電間隙，可讀出該片絕緣子所承受的電壓數值，但讀數的分散性相當大。如用絕緣桿將小型靜電電壓表放在靠近被測絕緣子進行測量，則可測出每片上承受的電壓值，但由于靜電電壓表的極間電容（30～50pF）與絕緣子本身的電容（35～60pF）相近，并聯時將影響該片絕緣子原來的電壓分布值，而且表頭小，絕緣桿長時更難以看清讀數。現在多采用電阻桿或電容桿分壓的方法，這樣處于低電位的指示儀表易讀數。

近幾年來，國內外不斷探索檢測電壓分布和不良絕緣子的新方法，這些方法主要有以下幾種。

2.1 自爬式不良絕緣子檢測器

當絕緣子串中片數很多，每片都要手持絕緣桿進行測量，不但勞動強度大，而且容易出錯。自爬式不良絕緣子檢測器主要由自爬驅動機構和絕緣電阻測量裝置組成。在對垂直絕緣子串進行測量時，先將檢測器置于最高絕緣子兩端，然后利用重力依次向下移動。它在測量時用電容器將被測絕緣子的交流電壓分量旁路，并在帶電狀態下測量絕緣子的絕緣電阻，根據直流絕緣電阻的大小判斷絕緣子是否良好。如用于測量耐張串，可靠內藏的小型電動機驅動，依次測到另一側。圖1所示為用于500kV超高壓線路的自爬式不良絕緣子檢測器的檢測系統框圖。

2.2 電暈脈沖式檢測器

在輸電線路運行過程中絕緣子串是由不同的金屬元件連接在一起的，金屬材料的元件會產生電暈，并形成電暈脈沖電流，再通過鐵塔流入地中。由于電暈電流對應的是各相電壓，故其通常在特定的相位范圍內產生。分開正負極性的電流后，同極性各相脈沖電流相位范圍的寬度就會小于各相電壓間的相位差，利用這一原理可以選擇適當的相位，對其對應的脈沖電流進行分別觀測。利用該原理開發出一種專門在地面上使用的檢測器，如圖2所示。檢測系統由四部分組成：電暈脈沖信號檢測回路、周期信號發生回路、各相電暈脈沖計數回路和顯示回路、測量控制回路。這種檢測器具有重量輕、體積小、不用登桿、檢測效率較高等特點。

測量過程中要分別觀察各相電暈脈沖，確定最大值、最小值后，根據二者的比值作為判斷依據。假設同一桿塔，其三相絕緣子串均是質量合格者，則各相電暈脈沖不會受不良絕緣子的影響而保持平衡，此時電暈脈沖最大值與最小值接近，二者比值約等于1；反之同一桿塔中存在不良絕緣子，則其各相電暈脈沖最大值與最小值不同，其比值大于1處于不平衡狀態，即可做出判斷。實際檢測過程中，可以先以鐵塔為一個單元進行粗略檢測，確定鐵塔存在不良絕緣子后，再對整個鐵塔所有絕緣子進行逐一檢測。

2.3 電子光學探測器

在實際線路運行過程中，架空輸電線路絕緣子串中每片絕緣子串、電壓均是不均勻分布的，通常絕緣子與導線距離越近，電壓降就越大，如果導線上存在零值絕緣子，就會重新分布沿絕緣子串的電壓，這種條件下，絕緣子離導線越近，其電壓就越高，甚至會導致表面局部放電強度弱強。根據這一原理，在分析絕緣子串的絕緣性能時只需分析表面局部放電時產生光輻射的強度即可。圖3即為光電子學探測器的結構示意圖。

G-被測絕緣子；J-照相膠卷；H-物鏡光圈；O1、O2-輸入、輸出物鏡；R-可調電阻；VDA-光電三極管；O3-透鏡；CL-濾光器；x-光陰極；L-焦距調節；D-電源；P-熒光屏實際檢測中，有缺陷的絕緣子串中表面局部放電的光輻射超過平均光輻射強度。但是，電子光學探測器僅能判斷出絕緣子串中是否存在零值絕緣子，不能確定到底有幾片零值絕緣子以及它們的位置。

2.4 聲脈沖檢測法

絕緣子上電壓通過兩個探頭會組成一個回路，對電容器充電后再經放電管及揚聲器放電，兩個探頭之間電壓發生變化，揚聲器發出聲波的頻率及發聲間隔也會發生變化，因此檢測過程中可對揚聲器所發出的聲脈沖周期、頻率等參數進行檢測，最終確定絕緣子的電壓分布。

2.5 紅外熱像儀檢測法

不良絕緣子與合格絕緣子的表面會存在極微小的溫度差異，這種差異可以利用紅外熱像儀探知，通過紅外熱像儀直觀的顯示出絕緣子表面溫度的熱像圖。正常情況下，不良絕緣子的電壓較之正常絕緣子更低，其表面溫度低于正常絕緣子，因此可以利用紅外熱像儀將這種微小的溫度誤差體現出來，將不良絕緣子檢測出來。紅外熱像儀工作原理見圖4。

2.6 激光振動檢測法

隨著光學技術的不斷發展，激光技術在開裂絕緣子中的檢測應用也越來越廣泛，分析絕緣子的振動頻譜可知，如絕緣子開裂，其中心頻率會明顯異于正常狀態，如果應用拋物型反射鏡將超聲發生器所產生的超聲波對準被測絕緣子激起微小振動，再將激光對準被測的絕緣子，分析反射回來的信號頻譜，即可對絕緣子的狀態做出分析，判斷其是否已經發生開裂。

參考文獻

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[2]王雪，張冠軍，嚴璋.國內高壓絕緣子在線檢測方法綜述[D].西安交通大學電氣工程學院.

[3]文遠芳.高電壓技術[M].華中科技大學出版社.